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基于铁磁性的快速测温方法研究及系统设计

发布时间:2018-10-17 07:25
【摘要】:本文基于铁磁性物质的饱和磁化强度—温度曲线,对非接触快速测温的方法进行了深入研究,并设计一套完整的实验平台。铁磁性物质在直流磁场中达到磁化饱和状态时,其饱和磁化强度与温度成线性关系,通过检测其周围磁场,即可获得温度信息。该测温方法在热学理论研究、激光医疗、材料加工、军工等领域皆有良好的应用前景。首先,本文基于物质的磁学特性,介绍了利用超顺磁性测温的朗之万函数模型,指出了铁磁性材料相较于具有超顺磁性的磁纳米粒子在瞬态温度测量上的特点和优势,分析了铁磁性物质的饱和磁化强度关于温度的理论模型。并在此基础上提出了应用于快速测温的具体测量方法。然后,基于自主提出的测温方法,搭建了快速测温实验平台,包括产生瞬态热源的脉冲激光器、热敏感元件的Ni薄膜、磁探测线圈、信号调理电路模块、隔震平台与屏蔽筒、数据采集模块等等。并且利用Labview设计了一套智能采集、信号处理、温度反演、优化存储功能的软件系统。最后,本文利用快速热电偶和光学检测设备作对比,在快速测温实验平台上进行实验,结果表明,快速测温系统的热响应时间远好于热电偶,可实现微秒级的温度响应测量。
[Abstract]:Based on the saturation magnetization temperature curve of ferromagnetic materials, the method of fast non-contact temperature measurement is studied in this paper, and a complete experimental platform is designed. When ferromagnetic material reaches saturation state in DC magnetic field, the saturation magnetization of ferromagnetic material is linearly related to temperature. The temperature information can be obtained by detecting the magnetic field around ferromagnetic material. The method has a good application prospect in the fields of thermal theory, laser medical treatment, material processing, military industry and so on. Firstly, based on the magnetic properties of matter, the Langevin function model of superparamagnetic temperature measurement is introduced, and the characteristics and advantages of ferromagnetic materials compared with superparamagnetic nanoparticles in transient temperature measurement are pointed out. The temperature model of saturation magnetization of ferromagnetic materials is analyzed. On the basis of this, the specific measurement method applied to fast temperature measurement is put forward. Then, based on the self-proposed temperature measurement method, a rapid temperature measurement experimental platform is built, including the pulse laser that generates transient heat source, the Ni film of the heat sensitive element, the magnetic detection coil, the signal conditioning circuit module, the isolation platform and the shield tube. Data acquisition module and so on. A software system of intelligent acquisition, signal processing, temperature inversion and storage optimization is designed by using Labview. Finally, by comparing the fast thermocouple with the optical measuring equipment, the experiment is carried out on the rapid temperature measurement platform. The results show that the thermal response time of the fast temperature measuring system is much better than that of the thermocouple, and the temperature response measurement of microsecond level can be realized.
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TK311

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本文编号:2275956

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